Theta activity in the hippocampus is related to specific cognitive and behavioral stages. Here, we describe an analytical method to detect highly-organized theta oscillations within the hippocampus using a time-frequency (i.e., wavelet analysis)-based approach.
세타 활동은 septohippocampal 시스템에서 생성되는 깊은 intrahippocampal 전극 이식 뇌파 (EEG) radiotelemetry 또는 테더 시스템 접근법을 사용하여 기록 될 수있다. 약리학, 해마 세타는 (이원론 이론 참조) 이기종이며, 유형 I과 유형 II 세타로 분화 될 수있다. 이러한 각각의 EEG 아형은 장애 세타 활동을 초래할 수와 같은 알츠하이머, 구조 및 septohippocampal 시스템의 기능 변경과 같은 신경 퇴행성 질환 등에 각성, 탐사, 학습과 기억, 높은 통합 기능, 특정인지 및 행동 상태에 관련 / 진동. 해마 EEG의 표준 정량 분석은 고속 푸리에 변환 (FFT) 기반의 주파수 분석을 포함한다. 그러나이 과정은 특히 일반 및 높은 조직 세타 진동에 세타 활동에 대한 세부 정보를 제공하지 않습니다. DETA를 얻기 위해서는해마에서 매우 조직 세타 진동에 ILED 정보, 우리는 새로운 분석 방법을 개발했습니다. 이러한 접근법은 고도로 조직화 세타 진동 및 주파수 특성의 기간의 시간과 비용 효율적인 정량화를 허용한다.
뇌의 세타 활동은, 2 각성,주의, 자발적 운동, 탐색 행동, 주의력 행동, 학습 및 메모리, 체성 감각 통합, 빠른 안구 운동 (REM) 등 다양한인지 및 기능 상태, 1 잠과 관련이있다. 원칙적으로, 리듬 기업으로 세타 활동은 다양한 뇌 영역에서 발생 될 수 있으며, 높은 세타 진동으로 조직과 동기화됩니다. 아래에서는 세타 작동 / septohippocampal 시스템 (3), (4) 내에서 발생되는 진동의 정량 분석에 초점을 맞출 것이다. 격막 내에서 GABA 성, 글루타메이트 성 및 콜린성 뉴런 프로젝트 해마와 세타 진동 행동의 개시 및 유지 관리에 기여한다. 해마 세타 진동 즉, 격막 개시 여부에 대한 지속적인 논의가있다, </em> 해마 내의 중격 심박-해마 동자 모델 (이론 extrahippocampal) 또는 본질 (intrahippocampal 이론) 5, 6, 7.
에 관계없이 원산지, 해마 세타 진동은 특히 형질 전환 마우스 모델에서, 년 동안 관심의 초점이되고있다. 이러한 모델은 깊은 EEG 전극 이식을위한 구체적인 행동인지 작업 8 하에서 해마 세타 진동의 기록을 허용. 해마 세타 진동은 자연에서 이기종입니다. 세타 진동 소위 이원 이론에 기초하여, 하나는 아트로핀에 민감한 타입 II 쎄타 및 아트로핀 – 둔감 형 I 세타 9, 10, 11 사이를 구별 할 수있다. 후자는 일반적으로 무스 카린 M에 의해 유도 될 수있다 (1) / M <sUB> 3 수용체 아고 니스트, 예 arecoline, 필로 카르 핀, 우레탄. 그러나 우레탄 무스 카린 활성 이외에, 다른 이온 채널 엔티티에 복잡한 효과를 발휘 다중 표적 약물이다. 타입 II 세타 들어, 무스 카린 통로는 M 1의 활성화 / M (3) 및 후속 G의 Q / 11 (Gα) 1/4 β 포스 포 리파제 C의 활성화 – 매개 (PLCβ 1/4), 이노시톨 trisphosphate (INSP 3)를 포함 , diacylglycerole (DAG), 칼슘, 단백질 키나제 C (PKC). thetagenesis에서 PLCβ 1 PLCβ (4)의 역할을하여 녹아웃 연구에서 입증되었다 PLCβ1 – / – 및 PLCβ4 – / – 세타 발진 12, 13, 14의 전체 또는 현저한 감쇠 손실을 나타내는 마우스. 추가 M 1, M 3, M (5) 다운 스트림 대상 (차상기 무스 카린 신호 캐스케이드의 nnels / 전류) 등의 전압 의존성 K + 채널 (K 7 절)를 통해 M 형 K + 채널 (K M) 등 다양한 컨덕턴스를 포함 과분극의 K + 채널 (KS AHP) 후 느린; 산에 민감한 K + 채널 (작업 1이 / 3) TWIK 관련 아마도 통해 K + 채널 (K 누수) 누출; 아마 나 + 누출 채널을 통해 양이온 전류 (I의 CAT), (NALCN); 나는 h를 과분극과 주기적 뉴클레오티드 문이 채널 (HCN)를 통해. 또한, M 2 / M 4 아세틸 콜린 수용체 (AChRs)는 K + 3.1 (3.1 IR K)를 채널 안쪽으로 정류기 방해 및 정류기 안쪽으로 K + 15 3.2 (3.2 IR K)를 채널로보고되었다.
현재 시판 분석 소프트웨어 (P, MV 2) 빠른 FFT 기반 주파수 분석, 예를 들면, 전원의 분석을 허용또는 전력 스펙트럼 밀도 (PSD, 2 MV / Hz로). 전력 또는 세타 주파수 범위의 전력 스펙트럼 밀도 (PSD) 분석은 활성 글로벌 개요를 제공한다. 그러나,인지 행동 관련 세타 활동에 대한 상세한 통찰력을 얻기 위해, 높은 조직 세타 진동의 분석이 필수적이다. 고도로 조직화 세타 진동의 평가는 신경 퇴행성 질환 및 신경 정신 분야의 중앙 중요하다. 대부분의 실험 질환 연구는 경막 외 표면 및 깊은 뇌내 뇌파를 기록하는 고도로 정교한 신경 외과 접근법을 이용하여 형질 전환 마우스 모델에서 수행된다. 이러한 기술은 모두 테더 시스템 16 radiotelemetric 설정 (17), (18)을 포함한다. 세타 진동 장기 기록 조건 하에서 자발적 행동 관련 세타 진동으로 기록 될 수있다. 또한, 세타 진동은 RECO 될 수 있습니다약물 유도를 다음뿐만 아니라 행동이나인지 작업에 또는 꼬리 곤란 등의 감각 자극에 동물의 노출을 다음 rded.
초기 세타 진동이 Csicsvari 등의 알에 의해 기술 된 특징을 접근한다. 19. 오랜 EEG 녹음에 적합하지 않습니다 – (50 분 15) 저자는 단기 세타 분석을위한 반 자동화 된 도구를 설계했습니다. 여기에 설명 된 우리의 방법은,> 48 시간 20 장기적 EEG 기록의 분석을 허용한다. Csicsvari 등은. 열은 또한 세타 – 델타 비율 지칭하지만 고도로 조직화 세타 진동의 측정을위한 임계 값이 제공되지 않는다. 델타와 세타 범위 정의는 우리의 주파수 범위 정의를 일치합니다. 명시 적으로 언급되지 않는 한 우리는 FFT 기반 방법 Csicsvari 동부 등에 의해 사용되는 것을 가정한다. 세타 델타 주파수 대역의 전력을 계산한다. 이우리는 훨씬 더 높은 정밀도로 생성 된 주파수 스케일 다수 (Δ 주파수 (F) = 0.05 Hz의 스텝)에 대하여 웨이블릿 기반의 진폭을 계산 이후 다시 분명히, 우리의 방법과 다르다. – 개별적으로 분석 EEG 에포크의 기간은 우리의 정의와 유사하다.
Klausberger 등은. 도 21은 또한 장기간의 EEG 레코딩의 분석 세타 델타 비율을 사용한다. 그러나, 우리의 접근 방식에 비해 세 가지 주요 차이가있다 : ⅰ) 뇌파 시대의 기간은, 더 이상 즉, 최소 6 s의는; ⅱ) 세타 델타 비 우리 임계치보다 높고, 서로 다른 주파수 범위의 정의와 관련되는, 4로 설정되고; 및 ⅲ) 전원 정의 (특히 매우 짧은 시간 윈도우에 대해 높은 정밀도 부족 대해 FFT 방식에 기초 할 가능성이 S, 즉, 250 Hz의 주파수)로 진동 5 사이클. 이러한 경우에서, 웨이블릿 기반의 절차를 더 권장된다.캐플란 등의 연구. 세타 델타 전력 비율을 무시하면서 22 단독 세타 전력을 계산 하였다. 따라서, 캐플란 22은 높거나 낮은 델타 수반인지 세타 풍부한 프로세스를 구별 할 수없는 접근.
다음 프로토콜에서, 우리는 확실하게 쥐에서 해마 EEG 녹화에서 매우 조직 세타 진동을 분석하기 위해 분석 웨이블릿 기반의 접근 방식을 제시한다. 이 절차가 자동으로 동작하기 때문에, 이것은 대용량 데이터 세트 장기적 EEG 측정에 적용 할 수있다.
세타 활동은 전신 신경 생리학 중앙 관련이있다. 이는, 특히 그것이 특정 행동인지의 상태와 관련이 해마, 다양한 뇌 영역에서 관찰 될 수있다. 또한, 해마 세타는 약리학 아트로핀에 민감한 타입 II와 아트로핀를 구분 형 I 세타로 분화 될 수있다. 타입 I은 걷기 또는 실행 운동에 관련 될 것으로 생각되는 27, 28, 29, <sup c…
The authors have nothing to disclose.
The authors would like to thank Dr. Christina Ginkel (German Center for Neurodegenerative Diseases, DZNE) and Dr. Robert Stark (DZNE) for their assistance with animal breeding and animal healthcare. This work was financially supported by the Federal Institute for Drugs and Medical Devices (Bundesinstitut für Arzneimittel und Medizinprodukte, BfArM), Bonn, Germany.
Carprofen (Rimadyl VET – Injektionslösung) | Pfizer | PZN 0110208208 | 20ml |
binocular surgical magnification microscope | Zeiss Stemi 2000 | 0000001003877, 4355400000000, 0000001063306, 4170530000000, 4170959255000, 4551820000000, 4170959040000, 4170959050000 | |
Dexpanthenole (Bepanthen Wund- und Heilsalbe) | Bayer | PZN: 1578818 | |
drapes (sterile) | Hartmann | PZN 0366787 | |
70% ethanol | Carl Roth | 9065.5 | |
0.3% / 3% hydrogene peroxide solution | Sigma | 95321 | 30% stock solution |
gloves (sterile) | Unigloves | 1570 | |
dental glas ionomer cement | KentDental /NORDENTA | 957 321 | |
heat-based surgical instrument sterilizer | F.S.T. | 18000-50 | |
high-speed dental drill | Adeor | SI-1708 | |
Inhalation narcotic system (isoflurane) | Harvard Apparatus GmbH | 34-1352, 10-1340, 34-0422, 34-1041, 34-0401, 34-1067, 72-3044, 34-0426, 34-0387, 34-0415, 69-0230 | |
Isoflurane | Baxter 250 ml | PZN 6497131 | |
Ketamine | Pfizer | PZN 07506004 | |
Lactated Ringer's solution (sterile) | Braun | L7502 | |
Nissl staining solution | Armin Baack | BAA31712159 | |
pads (sterile) | ReWa Krankenhausbedarf | 2003/01 | |
Steel and tungsten electrodes parylene coated | FHC Inc., USA | UEWLGESEANND | |
stereotaxic frame | Neurostar | 51730M | ordered at Stoelting |
(Stereo Drive-New Motorized Stereotaxic) | |||
tapes (sterile) | BSN medical GmbH & Co. KG | 626225 | |
TA10ETA-F20 | DSI | 270-0042-001X | Radiofrequency transmitter 3.9 g, 1.9 cc, input voltage range ± 2.5 mV, channel bandwidth (B) 1-200 Hz, nominal sampling rate (f) 1000 Hz (f = 5B) temperature operating range 34-41 °C warranted battery life 4 months |
TL11M2-F20EET | DSI | 270-0124-001X | Radiofrequency transmitter 3.9 g, 1.9 cc, input voltage range ± 1.25 mV, channel bandwidth (B) 1-50 Hz, nominal sampling rate (f) 250 Hz (f = 5B) temperature operating range 34-41 °C warranted battery life 1.5 months |
Vibroslicer 5000 MZ | Electron Microscopy Sciences | 5000-005 | |
Xylazine (Rompun) | Bayer | PZN: 1320422 | |
Matlab | Mathworks Inc. | programming, computing and visualization software | |
SPSS | IBM | statistical analysis software |